实验一测小灯泡地伏安特性曲线.docx

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实验一测小灯泡地伏安特性曲线

实验一：

测量小灯泡的伏安特性曲线

一、实验原理

根据伏安法测电阻，测出多组U-I值，然后做出U-I图像。

线性元件的伏安特性曲线是一条过原点的直线，图像的斜率是线性元件的电阻；非线性元件的伏安特性曲线是一条曲线。

二、实验的考察层次

层次1：

仪器的读数（电压表和电流表的读数）

层次2：

实验电路图。

滑动变阻器采用分压接法，电流表采用外接法。

层次3：

仪器的选择：

滑动变阻器选小电阻。

层次4：

数据处理。

设计坐标，做U-I图像，或者I-U图像，计算电阻。

层次5：

电表量程不够时需要改装电表（改装电压表所需的电阻与电压表内阻几乎相当，改装电流表所需的电阻与电流表内阻几乎相当）【2016天津与2012四川相似度很高】

三、高考题呈现的特点

1.主要考察了电路图的分压接法电路图及实物图的连接。

2.仪器的选择问题，滑动变阻器的选择【电压表根据小灯泡的额定电压选择，电流表根据小灯泡的额定电流选择，滑动变阻器选小电阻】

3.内外接法的误差分析

4.根据测出的数据做U-I图像（注意图像都是曲线）【典型立体剖析】

考点1：

实验原理和仪器选择

★★［例1］在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的器材有：

A.小灯泡：

规格为“3.8V0.3A”

B.电流表：

量程0〜0.6A，内阻约为0.5Q

C.电流表：

量程0〜3A，内阻约为0.1Q

D.电压表：

量程0〜5V,内阻约为5kQ

E.滑动变阻器：

阻值范围0〜10Q,额定电流2A

F.电池组：

电动势6V,内阻约为1Q

G开关一只，导线若干

（1）为了使测量尽可能地准确，需要使小灯泡两端电压从0逐渐增大到3.8V且能方便地进

行调节，因此电流表应选.（填器材前选项）

（2）根据你选用的实验电路，将如图所示的器材连成实物电路.

答案

（1）B

（2）见解析图

解析

（1）因小灯泡的额定电流为0.3A，为减小读数误差，应让指针偏角大一些，故电流表选B.

（2）由电流表外接和滑动变阻器采用分压式接法知，电路图如图甲所示，由电路图连接的实物电路如图乙所示.

★★［例2］有一个小灯泡标有"4V2W'的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I—U

图线•现有下列器材供选择：

A.电压表（0〜5V，内阻10kQ）

B.电压表（0〜15V，内阻20kQ）

C.电流表（0〜3A，内阻1Q）

D.电流表（0〜0.6A，内阻0.4Q）

E.滑动变阻器（10Q,2A）

F.滑动变阻器（500Q,1A）

G学生电源（直流6V）、开关、导线若干

（1）实验时，选用图中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：

r®n

.（用序号字母表示）.

（3）把图中所示的实验器材用实线连接成实物电路图.

解析因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用如图甲所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据.因

小灯泡额定电压为4V,则电压表选0〜5V的A而舍弃0〜15V的B,小灯泡的额定电流I

=0.5A，则电流表只能选D.滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡内阻8Q,调节不方

3

810X10

便，故舍去.小灯泡内阻为电流表内阻的=20倍，电压表内阻是小灯泡的=1250

0.48

倍，故电流表采用了外接法.

答案

（1）描绘小灯泡的I—U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据

（2）ADE

（3）如下图所示.

考点2:

数据处理及误差分析

★★★【例3】图中所示器材为某同学测绘额定电压为2.5V的小灯泡的I-U特性曲线的实验器材.

（1）根据实验原理，用笔画线代替导线，将图1中的实验电路图连接完整.

（2）开关S闭合之前，图1中滑动变阻器的滑片应该置于端.（选填“A端”、“B端”或“AB中间”）

（3）实验中测得有关数据如下表:

U.V

0.40

0.SC

L20

1.00

2.00

240

210

0.10

0If

020

023

0.25

0.26

827

根据表中的实验数据，在图2中画出小灯泡的I-U特性曲线.

【说明】：

1.实验原理图2.数据描点，画图

★★【例4】用如图甲所示的器材做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验.小灯泡标有“6

V3W的字样，铅蓄电池的电动势为8V滑动变阻器有两种规格：

R标有“5Q2A”，

R2标有“100Q20mA■•各电表的量程如图甲所示•测量时要求小灯泡两端的电压从零开

始，并测多组数据.

原因：

答案

（1）R

（2）实验电路如图所示

（3）4.0（4）小灯泡两端的电压逐渐增大时，灯丝温度升高，灯丝的电阻（或电阻率）变大

解析

（1）由于电压要从零开始调节，所以滑动变阻器应采用分压式接法，如果选用艮，滑

动变阻器中的电流会超过20mA故选R.

（2）实验电路中电流表外接，滑动变阻器采用分压

式接法.（4）小灯泡两端的电压逐渐增大时，灯丝温度升高，灯丝的电阻（或电阻率）变大.

【高考题赏析】

1.★【2009天津36】为探究小灯泡L的伏安特性，连好如图甲所示的电路后闭合开关，

通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光。

由电

流表和电压表得到的多组读数描绘出的U-I图像应是（）

点评：

此题主要考察的是小灯泡的实验伏安特性曲线，电阻是逐渐增大的。

2.★★【2012安徽21】如图所示为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已

知小灯泡额定电压为2.5V.

（1）完成下列实验步骤：

1闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，；

2闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，;

3断开开关，……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线.

（2）在虚线框中画出与实物电路相应的电路图.

—®~1

1—®

I

R

—>1—

E

Y——

解析

（1）滑动变阻器为分压式接法，故闭合开关前，灯泡两端的电压为零，调节滑动变阻

器的滑片，使它靠近滑动变阻器左端的接线柱•闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片,增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压.

（2）与实物电路相应的电路图如图所示.

答案

（1）①使它靠近滑动变阻器左端的接线柱②增加小灯泡两端的电压，记录电流表和

电压表的多组读数，直至电压达到其额定电压

（2）如解析图所示点评：

1.考察了实验电路图（两图的转化）2.考察了实验步骤，主要是滑动变阻器采用分压

接法，首先得将电阻调到最小。

3.★★【2014新课标II】在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200",电压表CV的

内阻的为2k「，电流表OA的内阻约为l^，测量电路中电流表的连接表的连接方式如图

（a）或图（b）所示，结果由公式Rx=U计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的

I

示数。

若将图（a）和图（b）中电路图测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2,则

（填“Rx1“或“Rx2“）更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1（填“大于”、“等

于”或“小于”）真实值，测量值Rx2（填“大于”、“等于”或“小于”）真实值。

®—

图（a>

图（b）

4.★★【2015浙江2210分】图甲是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的

实物连接图。

4。

两组数据得到的电阻分别为和

【说明】：

1.电压表和电流表读数时一定要估读一位，有两位小数。

【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析：

（1）要会根据实物图画电路图。

（2）能够正确读出电流表和电压表的数值。

【解析】

（1）根据实物图画出电路图如图

（2）由实物图可知，电流表接的是0.6A的量程，电压表接的是3V的量程，因此①的读数为0.02AX5=0.10A,②的读数为0.02AX12=0.24A,③的读数为0.1VX20.0=2.00V,④的读数为

0.1VX2.7=0.27V。

两组数据得到的电阻Rn®-200Q=8.3Q,R2=U^=-0.27Q=2.7Qo

I10.24I20.10

答案：

（1）

（8.3±0.1）Q（2.7±0.1）Q（后两空答案可互换）

点评：

此题考察了伏安特性曲线的电路图和电表读数，电阻计算，考察的比较基础。

5.★★【2014浙江2210分】小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣，于是用伏安法测量其电阻值。

（1）图甲是部分连接好的实物电路图，请用电流表外接法完成接线并在图甲中画出。

（选填“O”或“x”）表示的。

Qo

【说明】1.内外接的误差分析。

2.根据数据作图，求电阻

【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析：

（1）知道内接法和外接法的连接方式；

（2）知道物理作图方式。

【解析】

（1）根据外接法的连接方式连接实物图。

⑵用“X”表示的数据点是由电流表外接法得到的,R=（1.1〜1.3）Qo

⑶用“O”数据点连线,R=（1.5〜1.7）Qo

答案:

见解析

【题目不合适】★★【2011•广东•T34

（2））】在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，

所用器材有：

小电珠（2.5V,0.6W）,滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，，开关,

导线若干。

1粗测小电珠的电阻，应选择多用电表倍率的电阻挡（请填写“x1”、“x10”或“X100”）；

调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图所示，结果为Q

2实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图完成实物图中的连线。

3开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于端。

为使小电珠亮度增加，P应由中点向

端滑动。

4下表为电压等间隔变化测得的数据，为了获得更准确的实验图象，必须在相邻数据点

间多测几组数据（请填写“ab”、“be”、“cd”、“de”或“ef”）.

【说明】

3开关闭合前滑片P应置于a端，为了使小电珠亮度增加，应使滑片从中间向b端滑动。

4应该从be之间再多测几组数据，因为小电珠的电阻，在电压很小时，电阻变化是线性的，

电压较大时电阻变化也趋于线性，只有在中间阶段是非曲线的，如图所示应该从be之间再

多测几组数据

6.★★★【2013天津T9（3）】要测绘一个标有“3V0.6W”小灯泡的伏安特性曲线，灯

泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V,并便于操作。

已选用的器材有：

电池组（电动势为4.5V,内阻约1Q）;

电流表（量程为0~250mA,内阻约5Q）

电压表（量程为0~3V,内阻约3kQ）;

电键一个、导线若干。

1实验中所用的滑动变阻器应选下列中的（填字母代号）。

A.滑动变阻器（最大阻值20Q,额定电流1A）

B.滑动变阻器（最大阻值1750Q,额定电流0.3A）

（填字母代号）。

―®—I

E

c

5Q的电源两端，小灯泡消耗的功率是W

【说明】

1.滑动变阻器的选取，没什么难的。

2.实验电路的选取。

基本问题

3.根据图像读出电阻，再根据闭合电路计算功率。

4.此题很简单！

【解题指南】解答本题可按以下思路进行：

（1）先根据实验要求选出调节电路的滑动变阻器是分压接法还是限流接法，再根据调节电路

确定滑动变阻器；

（2）根据小灯泡电阻的阻值与电压表、电流表内阻阻值的比较确定测量电路的接法，近而确定

电路图；

（3）对于小灯泡功率的确定应结合电源和小灯泡的I-U图线求解。

【解析】①根据小灯泡标示的额定值可以计算出小灯泡的额定电流1=-=-0.6A=0.2A,两

U3

个滑动变阻器在此电流下都能保证安全，根据测绘小灯泡的伏安特性曲线的要求，小灯泡两

端的电压需要从零开始调节，故调节电路中滑动变阻器应采用分压接法。

为方便调节应选用

最大阻值小的滑动变阻器，故选A；

U3

2额定电压下小灯泡的阻值R=U=——Q=15Q,远小于电压表内阻，故电流表应该采用外接

I0.2

法，所以电路应采用分压外接法，故选Bo

3在小灯泡的伏安特性曲线图像中，根据E=U+lr,即l=0.3-0.2U,作出电源的I-U图像如图所

示，由图像可知，由该电源对小灯泡供电的电流I=0.1A，电压U=1V，故小灯泡消耗的功率为

P=IU=0.1Wo

【答案】①A②B③0.1

点评：

此题的第一问考察分压接法滑动变阻器的选择，第二问考察电路图。

第三问很难想到，做出I-U图像，两个图像的交点计算功率。

7.★★★【2015福建1912分】某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接。

1实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，请按

此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接;

2某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为A；

3

只相同的小电珠

可使小电珠的总功率最大,

该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将并联后，直接与电动势为3V、内阻为1门的电源组成闭合回路,

其总功率的值约为W保留两位小数）。

1连线如右图

20.44

342.22~2.28

点评：

此题的第三问考察的是电源输出功率最大值。

7.★★★【2012四川22

（2）】某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选

用的器材如下：

小灯泡L,规格“4.0V0.7A”;

电流表Ai,量程3A,内阻约为0.1Q；

电流表A量程0.6A,内阻r2=0.2Q;

电压表V,量程3V,内阻rv=9kQ标准电阻Ri,阻值1Q;

标准电阻R2,阻值3kQ;

滑动变阻器R,阻值范围0~10Q；

学生电源E,电动势6V,内阻不计；开关S及导线若干.

电压值是V.

3学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路.请你在乙

同学的基础上利用所供器材，在图丁所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选

器材代号.

2.3

0.46

U301

②由题意可知电压表的满偏电压为3.0V，则通过电压表的电流为I1AmA,

R,90003

1

此时通过定值电阻R2电流也是|mA，则定值电阻R2两端的电压为

3

1

U2=IR2mA3000门-1.0V，所以灯泡L两端的电压为U=U,U2=4.（JV

312

0.7

③灯泡L的电阻为R=U空门=5.7"，远小于电压表的内阻，所以用电压表的外接法

来进行实验；由于灯泡L的额定电流为0.7A，大于电流表A的满偏电流，所以要对电流表A进行改装，给表头并联一个小电阻R可以改装为大量程的电流表，改装电流表的量程为

IgRg

I=lg•-gg=0.72A，符合要求，方框内的电路图如下：

【答案】：

①5②4③见解析

8.★★★【2016天津9（3）】某同学想要描绘标有“3.8V，0.3A”字样小灯泡L的伏安特性

曲线，要求测量数据尽量精确，绘制曲线完整，可供该同学选用的器材除了开关，导线外，

还有：

电压表V1（量程0~3V,内阻等于3kQ）

电压表V2（量程0~15V,内阻等于15kQ）

电流表A1（量程0~200mA内阻等于10Q）

电流表A2（量程0~3A,内阻等于0.1Q）

滑动变阻器R（0~10Q，额定电流2A）

滑动变阻器&（0~1kQ，额定电流0.5A）

定值电阻R3（阻值等于1Q）

定值电阻R,（阻值等于10Q）

1请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁

2该同学描绘出的I-U图像应是下图中的

【说明】

1.与2012年四川卷的题就是一样的啊！

充分说明这种高考题的相似性很大啊!

【巩固训练】

1•在探究小灯泡的伏安特性曲线的实验中，所用器材有：

小灯泡L、量程恰当的电流表I和

电压表-、直流电源E滑动变阻器R开关S等，要求小灯泡两端电压从0开始变化.

（1）实验中滑动变阻器应采用式接法（填“分压”或“限流”）•

（2）某同学已连接如图所示的电路，在连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前，请指

出其中仅有的2个不当之处，并说明如何改正.

①.

②.

答案

（1）分压

（2）①开关S不应闭合，应处于断开状态

②滑动变阻器滑动触头P位置不当，应将其置于b端

2•在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的器材有：

A.小灯泡：

规格为“3.8V0.3A”

B.电流表：

量程0〜0.6A，内阻约为0.5Q

C.电流表：

量程0〜3A，内阻约为0.1Q

D.电压表：

量程0〜5V,内阻约为5kQ

E.滑动变阻器：

阻值范围0〜10Q,额定电流2A

F.电池组：

电动势6V,内阻约为1Q

G开关一只，导线若干

（1）为了使测量尽可能地准确，需要使小灯泡两端电压从0逐渐增大到3.8V且能方便地进

行调节，因此电流表应选.（填器材前选项）

（2）根据你选用的实验电路，将如图所示的器材连成实物电路.

答案

（1）B

（2）见解析图

解析

（1）因小灯泡的额定电流为0.3A，为减小读数误差，应让指针偏角大一些，故电流表选B.

（2）由电流表外接和滑动变阻器采用分压式接法知，电路图如图甲所示，由电路图连接的实物电路如图乙所示.

3.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，使用的小灯泡的规格为“6V3W,其他

供选择的器材有：

A.电压表Vi（量程6V，内阻20kQ）

B.电压表V2（量程20V，内阻60kQ）

C.电流表Ai（量程3A，内阻0.2Q）

D.电流表A2（量程0.6A，内阻1Q）

E.滑动变阻器R（0〜1000Q,0.5A）

F.滑动变阻器R（0〜20Q,2A）

G.学生电源曰6〜8V）

H.开关S及导线若干

实验中要求电压表示数在0〜6V范围内变化，读取并记录下12组左右不同的电压值U和对应的电流值I，以便绘出伏安特性曲线.在上述器材中，电压表应选用，电流表应选

用，变阻器应选用，并画出实验原理图.

答案V1AaF2电路图见解析图

解析小灯泡为“6V3W',额定电压为6V,额定电流为0.5A，即允许通过小灯泡的

最大电流不超过0.5A，最大电压不超过6V.在选择电压表和电流表时，本着安全、精确的原则，安全原则即量程要大于所测电流或电压值；精确原则是量程要尽量小，量程越小测

量越精确.故电流表应选A2,电压表应选V1.滑动变阻器选取时要本着安全、够用、调节方便的原则，“安全”即流过滑动变阻器的最大电流（I-F）应小于允许通过的最大电流；“调节方便”即变阻器

2

U26

Rt=p=3Q=12Q,

的总电阻应接近小灯泡的电阻.本实验中小灯泡在正常工作时的电阻故应选用FL连接电路时，变阻器采用分压式接法；电流表采用外接法•实验原理图如图所

示.

4.用如图甲所示的器材做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验•小灯泡标有“6V3W”

的字样，铅蓄电池的电动势为8V,滑动变阻器有两种规格：

R标有“5Q2A”，R标有

（1）滑动变阻器应选用

（4）某同学根据实验测量得到的数据，作出了如图丙所示的I—U图像.分析图像不是直线的

原因：

答案

（1）R

（2）实验电路如图所示

“100Q20mA'.各电表的量程如图甲所示•测量时要求小灯泡两端的电压从零开始，并测多组数据.

（3）4.0（4）小灯泡两端的电压逐渐增大时，灯丝温度升高，灯丝的电阻（或电阻率）变大

解析

（1）由于电压要从零开始调节，所以滑动变阻器应采用分压式接法，如果选用艮，滑

动变阻器中的电流会超过20mA故选R.

（2）实验电路中电流表外接，滑动变阻器采用分压

式接法.（4）小灯泡两端的电压逐渐增大时，灯丝温度升高，灯丝的电阻（或电阻率）变大.

5.某同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，得到如下表所示的一组U-I数据:

编号

1

2

3

4

5

6

7

8

U（V）

0.20

0.60

1.00

1.40

1.80

2.20

2.60

3.00

I（A）

0.020

0.060

0.100

0.140

0.170

0.190

0.200

0.205

灯泡发

光情况

不亮

微亮

逐渐

变亮

正常

发光

（1）试在图上画出U-1图线.当Uv1.40V时，灯泡电压与电流成比，灯丝电阻

（填“不变”或“变化”）；当U>1.40V时，灯丝的温度逐渐升高，其电阻随温度

升高而

⑵从图线上可以看出，当小灯泡两端电压逐渐地增大时灯丝电阻的变化是

解析

（1）根据给出的数据描点，用平滑的曲线连接各点，如图所示，可以看出当U<1.40V

斜率逐渐增大，故其电阻随温度升高而增大.

大，所以灯丝电阻的变化是开始不变后来逐渐增大.

答案

（1）U-1图线见解析图正不变增大

（2）开始不变后来逐渐增大

6•如图甲所示为某一热敏电阻（电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感）的I—U关系

曲线图.

（1）为了通过测量得到如图甲所示I—U关系的完整曲线，在图乙和图丙两个电路中应选择的

是图，简要说明理由:

（电源电压为9V,滑动变阻器的阻值为0〜100Q）

⑵在如图丁所示的电路中，电源电压恒为9V,电流表读数为70mA定值电阻R=250Q.

由热敏电阻的I—U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为V;电阻F2的阻值为

Q.

（2）5.2111.8

答案

（1）乙图乙加在热敏电阻两端的电压可以从零调到所需电压

解析⑴题图乙的滑动变阻器用的是分压式接法，加在热敏电阻两端的电压可以从零调到

所需电压，从而能够得到完整的I—U图线，故选图乙.

⑵通过F的电流为I1=FU=黑A=36mA,通过热敏电阻的电流12=I—I1=（70—36）mA

F250

电流表

（1）闭合开关后，若不管怎样调节滑动变阻器，小灯泡亮度能发生变化，但电压表、

的示数总不能为零，则可能是导线断路.

（2）某同学在实验中还测出a、b、c三种元件的伏安特性曲线分别如图6中的（a）、（b）、（c）

所示，下列说法正确的是（）